7) Mecanismos genéticos da resistência de plantas às doenças

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1 7) Mecanismos genéticos da resistência de plantas às doenças Afonso Celso Candeira Valois Engenheiro Agrônomo, Mestre, Doutor e Pós-Doutor em Genética e Melhoramento de Plantas, Pesquisador Aposentado da Embrapa. Importância do Tema De maneira geral, os fungos têm sido apontados como os condicionantes biológicos que mais afetam as plantas tanto no sentido endêmico como no epidêmico, embora sejam benéficos em sua grande maioria, daí merecerem o devido destaque neste artigo. Os fungos são microrganismos eucarióticos, isto é, apresentam células com um núcleo típico, com cromossomos que se dividem como acontece em plantas e animais, agrupados em um único reino, o dos Fungi, abrangendo dentre muitos tipos, os fungos filamentosos, as leveduras e os cogumelos de chapéu. Dentre outros microrganismos (bactérias, algas, vírus, protozoários), os fungos se destacam não só pela grande quantidade de espécies conhecidas, como também pelas inúmeras aplicações onde são utilizados, como na área de saúde, nutrição, agricultura, energia e meio ambiente. Atualmente existem cerca de espécies de fungos descritas e conservadas em coleções de culturas em todo o mundo. Estima-se, entretanto, que exista mais de 1,5 milhão de espécies, muito superior a todos os outros seres vivos agrupados, com exceção dos insetos, pois são mais numerosos do que os fungos. De qualquer modo, apenas 5% das espécies fúngicas são conhecidos, faltando ainda muitas descobertas, o que aumenta sobremaneira, a importância dos fungos para a humanidade. Embora possam ser vistos por parte da sociedade leiga como prejudiciais, pois são responsáveis por inúmeras doenças em plantas e animais, incluindo a espécie humana, a grande maioria é benéfica e pode-se mesmo afirmar que sem os fungos dificilmente espécies de plantas e animais poderiam existir. Para o caso específico da minoria dos fungos que causa estragos à agricultura, principal objeto do presente artigo, na Amazônia, por exemplo, cada grande cultura possui uma séria doença, como é o caso do mal-das-folhas em seringueira, vassoura-de-bruxa em cacaueiro e cupuaçuzeiro, fusariose em pimenta-do-reino e dendezeiro, queima-das-folhas em coqueiro e antracnose em guaranazeiro e cajueiro, dentre outras. Na grande região esse fato é ajudado pela natural ocorrência de elevada umidade, temperatura e luminosidade que favorecem sobremaneira o desenvolvimento de patógenos, pois como é sabido, além da presença do hospedeiro e do patógeno, o meio ambiente é determinante para a ocorrência de uma determinada doença. 51

2 Os mecanismos genéticos da resistência de plantas a doenças fúngicas é um tema de grande relevância para o agronegócio, principalmente por explorar os conhecimentos disponíveis com o objetivo da obtenção de genótipos que possam vegetar, conviver e produzir economicamente em presença ou não dos seus condicionantes biológicos do citado reino. Bases Genéticas da Resistência de Plantas a Doenças De modo geral, a resistência de plantas a doenças é dividida em oligogênica quando a resistência é governada por poucos genes e poligênica quando o controle for efetuado por muitos pares de genes. Há várias características próprias de cada tipo de resistência. Assim, a oligogênica pode ser estudada em detalhe, inclusive com a identificação do efeito de cada gene. A dominância ou recessividade do caráter são facilmente determinadas, os segregantes com facilidade são agrupados em classes devido à variação descontínua, a resistência é pouco influenciada pelo meio ambiente e ocorre a interação patógeno x hospedeiro, além de outros fatores determinantes. Na resistência poligênica, a variação dos segregantes é contínua, onde somente o efeito do conjunto de genes é considerado. Essa resistência com frequência é um efeito indireto de outros fatores, além de ser fortemente influenciada pelo meio ambiente, o que dificulta ainda mais os trabalhos com este tipo de resistência de plantas a doenças. Como ilustração existem doenças de juros simples (crescimento aritmético), geralmente afetando as raízes dos hospedeiros e doenças de juros compostos (crescimento exponencial) que afetam as partes aéreas das plantas. Nesses casos pode funcionar tanto a resistência oligogênica como a resistência poligênica, dependendo do caso, embora a resistência oligogênica seja de maior aplicação para o caso de doenças de juros simples. Formas de Resistência de Plantas a Doenças Para um melhor entendimento das formas pelas quais uma planta pode resistir geneticamente ao ataque de doenças é de bom alvitre a introdução de alguns conceitos básicos que possam auxiliar na explicação dos fenômenos. Dentre esses conceitos merece destaque a hipótese gene-para-gene, que enfoca a existência de uma relação específica entre genes de resistência na planta e genes de virulência no patógeno. Em outras palavras, para cada gene de resistência no hospedeiro há um gene específico de virulência no patógeno e vice-versa. Esta teoria tem se mostrado bastante geral e hoje se sabe que é de ocorrência comum, aplicada em especial para a resistência monogênica (causada por um par de genes), que é um tipo de resistência oligogênica. A resistência inicialmente apresentada pode ser superada, inclusive considerando a coevolução patógeno-hospedeiro. Outra teoria bastante válida nesse contexto dos mecanismos genéticos de resistência é a virulência desnecessária, útil para o caso da resistência comandada por poucos genes. Pesquisas têm demonstrado que raças de patógenos com genes desnecessários para a virulência são menos aptas em sobreviver na população. Por exemplo, supondo-se a existência de uma variedade de planta com um gene R1 de resistência, pela hipótese gene-para-gene qualquer raça do patógeno com o gene (1) de virulência conseguirá vencer a resistência conferida pelo gene R1 do 52

3 hospedeiro. Assim, tanto a raça (1) como uma outra raça (1,2) causarão doença nessa variedade, mas a última raça terá menor capacidade de sobreviver no hospedeiro R1 devido possuir um gene desnecessário de virulência. No entanto, isso depende se o gene de resistência no hospedeiro for do tipo forte ou do tipo fraco, conforme será explicado mais adiante. Após esse breve comentário, pode-se agora enfocar que as principais formas de resistência de plantas a doenças que têm sido definidas são as seguintes: a) resistência vertical- é específica, oligogênica, as raças do patógeno são virulentas e possui a capacidade de evitar a infecção e/ou atividade do condicionante biológico, mas pode ser superada; b) resistência horizontal ou de campo- é não específica, poligênica, as raças do patógeno são agressivas e possui a capacidade de restringir a infecção e/ou atividade do condicionante, sendo muito difícil de ser superada ; c) resistência completa- é aquela resistência que não proporciona nenhum nível de reprodução do patógeno, não é permanente, pois pode ser superada; d) imunidade- é a resistência completa e permanente; e) tolerância- refere-se à comparação entre a quantidade de doença e o efeito no rendimento, isto é, se uma variedade A produzir mais grãos que uma outra variedade B sob às mesmas condições ambientais, então ela é considerada mais tolerante; f) hipersensibilidadetrata-se de reação química, geralmente causada por substâncias fenólicas denominadas de fitoalexinas, que se manifestam em partes de plantas (folhas, por exemplo) atacadas por patógenos, matando as células ao redor da lesão, não deixando assim que o condicionante biológico se alastre. Em algumas situações, o patógeno produz substâncias denominadas de aliciadoras que induzem ao hospedeiro produzir a fitoalexina específica que irá evitar a ação do próprio condicionante biológico. A hipersensibilidade tem especificidade, porém é muito influenciada pelo meio ambiente, daí não poder ser confundida com a resistência vertical ou resistência horizontal. Vale ressaltar que de todas as espécies de plantas que naturalmente ocorrem na Amazônia, a seringueira (Heveaspp.) é aquela mais didática, pois nas pesquisas efetuadas tem sido possível encontrar todos esses tipos de mecanismos genéticos no sistema de resistência à doença mal-dasfolhas, cujo agente etiológico é o fungo Microcyclus ulei, o mais tenaz condicionante biológico da espécie. Resistência Vertical e Resistência Horizontal De acordo com as pesquisas até então realizadas, a resistência vertical e resistência horizontal são os dois principais mecanismos de resistência genética de plantas ao ataque de patógenos. A resistência vertical não deve ser aplicada para plantas perenes, pois pode ser superada e causar sérios prejuízos ao empreendimento, enquanto que a resistência horizontal é segura e duradoura, sendo que o patógeno ocorre, mas em baixas taxas de infecção, sem causar epidemia ou danos consideráveis. Para uma melhor visualização quanto aos dois tipos de resistência do hospedeiro e os dois tipos de raças do patógeno, pode-se examinar as Tabelas 1 e 2, a seguir. Nessas tabelas, o índice de doença é dado por uma nota que varia de 0 a 5, sendo que 0 significa imunidade e 5 o mais alto grau de suscetibilidade do hospedeiro. 53

4 Analisando a Tabela 1, pode ser visto que a raça (1) do patógeno causa doença na variedade A, mas não causa nas variedades B e C. A raça (2) causa doença na variedade B, mas não causa nas variedades A e C e a raça (3) causa doença na variedade C e não causa nas variedades A e B. Percebe-se assim, que houve uma clara interação diferencial entre raças e variedades. A Tabela 2, por seu lado, apresenta uma situação totalmente diferente. Logo ao primeiro exame pode-se notar que não há interação diferencial entre raças e variedades, pois a raça (4) causa menor índice de doenças nas três variedades pesquisadas, a raça (6) causa o maior índice de doença nas 3 variedades e a raça (5) situa-se entre as raças (6) e (4) em todas as variedades testadas. Na análise dessa Tabela pelo lado do hospedeiro, pode-se notar que a variedade D mostra o maior nível de resistência às 3 raças do patógeno considerado e a variedade F é a mais suscetível às 3 raças, enquanto que a variedade E apresenta um nível de resistência intermediário entre as variedades D e F. Visto isso, por definição pode-se afirmar que as raças e variedades que apresentam interação diferencial são chamadas de raças virulentas e variedades com resistência vertical, e as raças e variedades que não apresentam interação diferencial são chamadas de raças agressivas e variedades com resistência horizontal. Outra maneira de visualizar esse fenômeno é através da adequada análise estatística da variância, onde se a interação hospedeiro x patógeno for significativa, a resistência da planta é do tipo vertical, sendo as raças do patógeno virulentas. Caso não seja significativa, então, a resistência é horizontal e as raças agressivas. Para efeito da utilização da resistência vertical em programas de melhoramento genético, os seguintes pontos devem ser considerados: a) provavelmente não tem valor para o caso de hospedeiros perenes; b) tem maior valor para doenças de juros simples do que para doenças de juros compostos; c) é mais valorosa contra patógenos com baixa mutabilidade vertical; d) provavelmente não tem valor quando empregada em espécies geneticamente uniformes e que são cultivadas em grandes áreas com a mesma variedade; e) tem mais valor quando a seleção estabilizadora (ver a seguir) pode ser explorada; f) contra parasitas não obrigados, um gene forte é suficiente para a exploração da seleção estabilizadora, enquanto que contra parasitas obrigados, pelo menos dois genes fortes são necessários; g) o uso de variedades multilinhas (ver 54

5 adiante) é aconselhável para doenças de juros compostos; h) a rotação de culturas é aconselhável para doenças de juros simples; i) tem menor valor para doenças cuja disseminação é passiva direta (propagação vegetativa); j) é mais facilmente vencida (suprada) quando a proteção conferida por ela for incompleta; l) tem mais valor em regiões com estação seca bem definida; m) tem maior valor onde normas fitossanitárias são aplicadas sem solução de continuidade; n) o colapso da resistência vertical complexa pode resultar em menor quantidade de doenças do que no colapso da resistência simples; o) tem maior valor quando reforçada com níveis adequados de resistência horizontal. Para o caso da resistência horizontal, mais confiável em relação à resistência vertical, a mesma pode se expressar das seguintes formas: a) redução do número e frequência de infecções; b) redução da taxa de expansão da lesão; c) alongamento do período latente ou de incubação; d) redução da deposição de esporos; e) diminuição do período de infecção; f) diminuição do número de propágulos necessários para o estabelecimento da infecção. Seleção Estabilizadora Estudos têm evidenciado que se uma proporção de genótipos de uma população de plantas se altera em resposta a uma pressão seletiva introduzida, ela tenderá a se reverter para a população original quando a pressão seletiva for removida. Desta maneira, se uma variedade R1 estiver sendo cultivada, a maioria da população do patógeno será da raça (1). Se uma variedade R1R2 for agora introduzida, a população do patógeno, por seleção, passará a se constituir da raça (1,2). Voltando-se a cultivar a variedade R1, a população do patógeno também voltará a ser predominantemente da raça (1). A razão é que, como já foi comentado, raças com genes desnecessários de virulência são menos aptas em sobreviver. A seleção em direção à virulência que ocorreu na passagem da raça (1) para a raça (1,2) é chamada de Seleção Direcional. A seleção em direção à população original, quando a pressão seletiva foi removida é chamada de Seleção Estabilizadora. Assim, a base teórica dessa última seleção é a menor capacidade de sobrevivência de raças do patógeno com genes de virulência desnecessária. Genes Fortes e Genes Fracos Como já foi visto, a seleção estabilizadora é o retorno à população original do patógeno quando a pressão de seleção for removida. Essa volta pode se dá em diferentes intensidades, desde uma seleção estabilizadora nula até uma seleção estabilizadora fortíssima. É essa maior ou menor intensidade na volta à população original do patógeno que é usada na conceituação de gene forte e gene fraco no hospedeiro. Em outras palavras, um gene de resistência no hospedeiro é forte quando a seleção estabilizadora é drástica contra a raça do patógeno com o gene complementar de virulência. É fraco quando a seleção estabilizadora atua suavemente contra a raça do patógeno com o gene complementar de virulência. 55

6 Exemplificando: se houver uma população de plantas R1 e for passada para uma população R1R2, a raça predominante do patógeno também passará de (1) para (1,2). Caso os hospedeiros R1 voltarem a ser plantados, dois aspectos poderão acontecer, isto é, ou o patógeno volta a ser (1) ou continua sendo predominantemente (1,2). No primeiro caso, o gene de resistência no hospedeiro é forte e no segundo é fraco. É evidente que ao melhorista de plantas só deverão interessar genes fortes de resistência, pois são somente genes desse tipo que produzem a seleção estabilizadora. Variedades Multilinhas Um outro tema de grande relevância no mecanismo de resistência de plantas a doenças é que qualquer variedade é suscetível a um inóculo vindo de um campo no qual a mesma variedade é cultivada. O correto uso da seleção estabilizadora visa a evitar justamente que isso ocorra. Para tal deve-se obrigar o patógeno a passar por plantas com diferentes genes de resistência e, então, nessa passagem por plantas diferentes agirá a seleção estabilizadora. Diversos caminhos podem levar a que isso ocorra, como o emprego de variedades multilinhas. Uma variedade multilinha consiste em uma mistura de linhagens com idênticas características agronômicas, mas que diferem entre si unicamente em genes fortes de resistência vertical. Nesta condição, para melhor entendimento exemplifica-se a seguir, o uso de uma variedade multilinha composta por quatro linhagens, com cada uma delas contendo um gene diferente de resistência, ou seja, R1, R2, R3 e R4. Quando essa multilinha for plantada, ela vai obrigar a determinada raça que colonizou R1, por exemplo, a passar por R2, R3 e R4 que foram plantadas ao lado. Logicamente, pela hipótese gene-para-gene, a raça que colonizou o hospedeiro R1 será (1) e ela não terá condições de colonizar os demais hospedeiros. Assim, cada esporo do patógeno que sair de uma planta só poderá voltar a causar doenças em 1/4 da população e assim por diante. Se a multilinha fosse composta por cinco linhagens, cada raça poderia atacar apenas 1/5 da população e assim sucessivamente. Desta maneira, nunca haverá uma epidemia dentro de uma multilinha e sim endemia, não causando prejuízos significativos. No entanto, se na variedade multilinha considerada aparecer a atuação de uma super raça (1, 2, 3, 4), esta poderá liquidar a variedade composta dos genes R1, R2, R3 e R4. Mas, se os genes de resistência forem fortes, jamais a super raça será selecionada em virtude da forte seleção estabilizadora que atuará contra ela e ainda da nenhuma seleção direcional que haverá a seu favor, e assim não sobreviverá na população de plantas. A raça (1,2,3,4) terá na população multilinha sempre três genes de virulência desnecessária, pois os hospedeiros terão, cada um, apenas um gene forte de resistência. Raciocínio semelhante pode ser aplicado para o caso do aparecimento de outras variações de raças do patógeno, dentro do sistema considerado. Então será o caso espetacular de uma resistência para sempre? O mais famoso exemplo real da geração de uma multilinha foi a criação da variedade de trigo Miramar 63, resistente à ferrugem do colmo causada pelo fungo Puccinia graminis, que persiste até aos dias atuais e que ajudou ao seu criador, o Engenheiro Agrônomo Norman Borlaug, pesquisador americano, a ganhar o Prêmio Nobel da Paz de 1970, pois a Academia reconheceu o seu relevante papel humanitário em contribuir para a magnífica revolução verde ocorrida no México naquela época! 56